在温度为25 1013kPa 的条件下，使含二氧化碳为 30%（体积分数）的混合空气与含二氧 化碳为 350 的水溶液触摸。试判别二氧化碳的传递方向，并核算以二氧化碳的分压表明的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数 1066 kPa，水溶液的密度为9978 kgm 解：水溶液中CO2 的浓度为 关于稀水溶液，总浓度为 9978kmolm 5543 18 水溶液中CO2 的摩尔分数为 16610 1443 10 kPa 23954 ExkPa 气相中 CO2 1013003kPa 3039 CO2必由液相传递到气相，进行解吸。 CO2的分压表明的总传质推动力为 239543039kPa 20915 1105kPa 的条件下，选用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨 的气、液相组成别离为 0032 =5210-6 kmolm kPa，液膜吸收系数kL=155 10 -4 ms。假定操作条件下平衡联系遵守亨利规律，溶解度系数 H＝0725 kmolm 表明的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试剖析该进程的操控要素。 11050032 kPa 2074 0725 kPa其对应的总吸收系数为 1097 kPa以液相组成差表明的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收进程的操控要素 气膜阻力占总阻力的百分数为 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收进程为气膜操控。 在某填料塔顶用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为1050 kPa ，操作温度为 25 操作条件下平衡联系契合亨利规律，甲醇在水中的溶解度系数为2126 kmolm kPa。测得塔某截面处甲醇的气相分压为 75 kPa ，液相组成为 285 kmolm ，液膜吸收系数kL=212 10 -5 ms，气相总吸收系数 KG＝1206 10 -5 kmolm kPa。求该截面处（ 1）膜吸收系数 kG、kx ky；（2）总吸收系数 KL、KX及 KY；（3）吸收速率。 以纯水的密度替代稀甲醇水溶液的密度，25 时水的密度为 997kgm 9970kmolm 5539 18 10673 10206 因溶质组成很低，故有（3）吸收速率为 1013kPa及 25 的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出 塔的组成别离为 y1=004 、y2=0002 。假定操作条件下平衡联系遵守亨利规律，亨利系数为 413 10 kPa，吸收剂用量为最小用量的 145 若操作压力进步到1013 kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组成。 00400417 所以操作时的液气比为吸收液的组成为 41310 4077 1013 在一直径为08 m的填料塔，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。 已知混合气的流量为 45 kmolh 二氧化硫的体积分数为0032。操作条件下气液平衡联系为 345 ，气相总体积吸收系数为0056 若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱满摩尔比的76%，要求收回率为 98%。求水的用量（ kgh ）及所需的填料层 高度。 003200331 惰性气体的流量为水的用量为 求填料层高度 m高，比外表积为221 的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。 已知混合气的流量为 50 kmolh ，溶质的含量为 5％（体积分数％）；进塔清水流量为 200 kmolh 其用量为最小用量的16 倍；操作条件下的气液平衡联系为 275 10kmolm 填料的有用比外表积近似取为填料比外表积的90％。试核算（ 1）填料塔的吸收率；（ 2）填料塔的直径。 1）惰性气体的流量为关于纯溶剂吸收 依题意 00500526 OG填料塔的直径为 1013kPa 20的条件下，用清水在填料塔逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速 600kgm ，气相进、出塔的摩尔分数别离为005 、0000526 ，水的质量流速 800kgm ，填料层高度为 09X，KGa 正比于 08而于 W无关。若（ 1）操作压力进步一倍；（ 液体流速添加一倍，试别离核算填料层高度应怎么改变，才干坚持尾气组成不变。解：首要核算操作条件改变前的传质单元高度和传质单元数 操作条件下，混合气的均匀摩尔质量为 OG OG 04356890 OGOG OGOG 0218 5499m 1199 即所需填料层高度比本来削减1801m。 02OG OG 0435m0500 OGOG 0500 1582m 7910 即所需填料层高度要比本来添加4910 KGa无影响，即 KGa无影响，所以传质单元高度不变，即 OG OG 0435 即所需填料层高度比本来削减0609 某制药厂现有一直径为12 的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为 40 kmolh ，溶质的含量为 006 （摩尔分数）；要求溶质的收回率不低于 95%；操作条件下气 液平衡联系为 ；溶剂用量为最小用量的15 倍；气相总吸收系数为 035 kmol 。填料的有用比外表积近似取为填料比外表积的 90％。试核算（ 00600638 0063822 00193 00213 OGOG 04726353 填料的有用比外表积为填料的总比外表积为 填料的等板高度为10 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为 0085 ，操作条件 下物系的相平衡常数为 267 ，载气的流量为 250 kmolh 。若吸收剂用量为最小用量的 155 倍，要求二氧化硫的收回 92%。试求水的用量（kgh ）及所需理论级数。 008500929 操作液气比为水的用量为 用清水吸收， 11某制药厂现有一直径为 06 的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下： V=500 、Y1=002、Y2=0004 、X1=0004 。已知操作条件下的气液平衡联系为 。现因环保要求的进步，要求出塔气体组成低于0002 （摩尔比）。该制药厂拟选用以下改造计划：坚持液 气比不变，在原塔的根底大将填料塔加高。试核算填料层添加的高度。 解：改造前填料层高度为 改造后填料层高度为 故有 OG OG OG OG 因为气体处理量、操作液气等到操作条件不变，故关于纯溶剂吸收 因而，有操作液气比为 填料层添加的高度为 12 若吸收进程为低组成气体吸收，试推导 OG 13在装填有 25 mm拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨。操作条件为 20 1013kPa 的质量速度为0525 kgm ，液相的质量速度为2850 kgm 。已知20 1013kPa 时氨在空气中 的扩散系数为 1089 ，20时氨在水中的扩散系数为 17610 。试预算传质单元高度HG、HL 解：查得20 下，空气的有关物性数据如下： 18110 Pa 1205kgm Sc查表 8-6 051查得 20 下，水的有关物性数据如下： 100510 Pa 9982kgm Sc查表 8-7 23610 14用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液， 已知进、出解吸塔的液相组成别离为 0008 00016（均为摩尔比） 。解吸所用载气为含二氧化碳 0000 5（摩尔分数） 的空气，解吸的操作条件为 35 、1013 kPa， 此刻平衡联系为 Y=10603 X。操作气液比为最小气液比的 145 OL082 m，求所需填料层的高度。解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为 最小气液比为 操作气液比为 吸收因数为 液相总传质单元数为 填料层高度为 15 某操作中的填料塔，其直径为 08 m，液相负荷为 82 ，操作液气比（质量比）为625 。塔装有 DN50 金属阶梯环填料， 其比外表积为 109 。操作条件下，液相的均匀密度为 9956 kgm ，气相的均匀密度为1562 kgm （1）核算该填料塔的操作空塔气速；（2）核算该填料塔的液体喷淋密度，并判别是否到达最小喷淋密度的要求。 829956 6251562 填料塔的操作空塔气速为（2）填料塔的液体喷淋密度为 最小喷淋密度为 min ，到达最小喷淋密度的要求。16 矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗刷以除掉其间的二氧化硫。已知入塔的炉气流量 ，其均匀密度为1315 kgm ；洗刷水的消耗量为50 000 kgh 。吸收塔为常压操作，吸收温度为 20 填料选用DN50塑料阶梯环，泛点率取为 60％。试核算该填料吸收塔的塔径。 解：查得 20 下，水的有关物性数据如下： 100510 Pa 9982kgm 炉气的质量流量为选用埃克特通用相关图核算泛点气速， 横坐标为 8-23，得纵坐标为 关于 DN50 塑料阶梯环，由表 8-10 和附录二别离查得 13151005 0038 981 9982 校核1000 20 最小喷淋密度为操作喷淋密度为 合理。第九章 蒸馏 1．在密闭容器中将 A、B两组分的抱负溶液升温至 82 ，在该温度下， 两组分的饱满蒸气压别离为 =1076kPa ＝4185kPa ，取样测得液面上方气相中组分 A的摩尔分数为 095 。试求平衡的液相组成及容器中液 面上方总压。 解：本题可用露点及泡点方程求解。 kPa本题也可经过相对蒸腾度求解 由气液平衡方程得 2．试别离核算含苯 04 （摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压 100 kPa 10kPa 的相对蒸腾度和平衡的气 相组成。苯（ A）和甲苯（ B）的饱满蒸气压和温度的联系为 p的单位为kPa，t 的单位为。 苯—甲苯混合液可视为抱负溶液。 （作为试差起点， 100 kPa 10kPa 对应的泡点别离取946 总＝100kPa 初设泡点为 946 9435 1206032 kPa同理 80 9494 1343078 kPa04 100kPa 15 6337 总＝10kPa 经过试差，泡点为 315 ＝5313kPa随压力下降， 100kPa压力下将组成为 055（易蒸腾组分的摩尔分数） 的两组分抱负溶液进行平衡蒸馏和简略蒸馏。 质料液处理量为 100 kmol ，汽化率为 044 。操作围的平衡联系可表明为 549 。试求两种情况下易蒸腾组分的收回率和残液的组成。 1）平衡蒸馏（闪蒸）依题给条件 56 由平衡方程046 0549 044044 100 44kmol（2）简略蒸馏 44 kmol56 0549054 05798ln 054 0549 054 055 03785简略蒸馏收率高（ 6146%），釜残液组成低（ 03785 4．在一接连精馏塔中别离苯含量为05 （苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为 100 kmolh 已知馏出液组成为095 ，釜液组成为 005 1）馏出液的流量和苯的收率；（2）坚持馏出液组成 095 不变，馏出液最大或许的流量。 1）馏出液的流量和苯的收率（2）馏出液的最大或许流量 5．在接连精馏塔中别离A、B两组分溶液。质料液的处理量为 100 kmolh ，其组成为 045 （易蒸腾组分 的摩尔分数，下同），饱满液体进料， 要求馏出液中易蒸腾组分的收回率为 96％，釜液的组成为 0033 馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为 265 ，写出精馏段的操作线）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得 180033 kmolh=5455kmolh 1005455 kmolh=4545kmolh （2）精馏段操作线．在常压接连精馏塔中别离A、B两组分抱负溶液。进料量为 60 kmolh ，其组成为 046 （易蒸腾组分的摩 尔分数，下同），质料液的泡点为 92 。要求馏出液的组成为 096 ，釜液组成为 004 ，操作回流比为 28 （1）40冷液进料； （2）饱满液体进料； （3）饱满蒸气进料。 已知：质料液的汽化热为 371 kJkg ，比热容为 182 kJkg 解：由题给数据，可得（1）40 冷液进料 值可由界说式核算，即（2）饱满液体进料 此刻 三种进料热状况下，因为 有显着差异。饱满蒸气进料 最小。7．在接连操作的精馏塔中别离两组分抱负溶液。质料液流量为 50 kmolh ，要求馏出液中易蒸腾组分的收 075x+0238 1）操作回流等到馏出液组成；（ 2）进料热情况参数及质料的总组成；（ 3）两操作线）操作回流等到馏出液组成由题给条件，得 75 09522）进料热情况参数及质料液组成 因为 075（气液混合进料）， xF 05（3）两操作线交点的坐标值 xq yq联立操作线）提馏段操作线方程 其一般表达式为 式中有关参数核算如下： kmolh68 24kmolh 952 5094 502468 2532kmolh 2468075 50 Rqqq kmolh =11154 kmolh 111542532 8622kmolh 111542532 00592 1294 001739 8622 8622 8．在接连精馏塔中别离苯—甲苯混合液，其组成为048 （苯的摩尔分数，下同），泡点进料。要求馏出液 组成为 095 ，釜残液组成为 005 。操作回流比为 25 ，均匀相对蒸腾度为 246 ，试用图解法确认所需理论板层 数及适合加料板方位。 解：由气液平衡方程核算气液相平衡组成如本题附表所示。 习题 00501 02 03 04 05 06 07 08 09 10 图上作出平衡线，如本题附图所示。由已知的 xD，xF，xW在附图上定出点 精馏段操作线 出点b，衔接点 线（垂直线）交精馏段操作线于点d。衔接 cd 开端，在平衡线与操作线之间绘阶梯，到达指定别离 程度需 11 层理论板，第 层理论板进料。9．在板式精馏塔中别离相对蒸腾度为 的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为 095 （易蒸腾组分的摩尔分数，下同）， 釜残液组成为 005 ，质料液组成为 06 。已测得从塔釜上升的蒸 气量为 93 kmolh ，从塔顶回流的液体量为 585 kmolh ，泡点回流。试求（ 1）质料液的处理量；（ 2）操作回 流比为最小回流比的倍数。 1）质料液的处理量由全塔的物料衡算求解。 关于泡点进料， 93585 kmolh=345kmolh 3495 Rmin的倍数 关于泡点进料，Rmin 的核算式为 所以 275 10．在常压接连精馏塔别离苯—氯苯混合物。已知进料量为85 kmolh ，组成为 045 （易蒸腾组分的摩尔分 数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的组成为 099 ，塔底釜残液组成为 002 。操作回流比为 35 。塔顶选用全 凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热别离为 3065 kJmol 3652kJmol 。水的比热容为 4187 kJ kg 若冷却水经过全凝器温度升高15 ，加热蒸汽肯定压力为 500 kPa （饱满温度为 1517 ，汽化热为 113kJkg ）。试求冷却水和加热蒸汽的流量。疏忽组分汽化热随温度的改变。 解：由题给条件，可求得塔的气相负荷，即 关于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则 （1）冷却水流量 因为塔顶苯的含量很高，可按纯苯核算，即 （2）加热蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯核算，即 11．在常压接连提馏塔中， 别离两组分抱负溶液， 该物系均匀相对蒸腾度为 20 。质料液流量为 100 kmolh 进料热状况参数q=1，馏出液流量为 60 kmolh ，釜残液组成为 001 （易蒸腾组分的摩尔分数），试求（ 作线）由塔最下一层理论板下降的液相组成 解：本题为提馏塔，即质料由塔顶参加，因而该塔仅有提馏段。再沸器适当一层理论板。（1）操作线方程 此为提馏段操作线方程，即 kmolh100 10060 kmolh＝40 kmolh 6040 60 100 （2）最基层塔板下降的液相组成因为再沸器适当于一层理论板，故 y′W契合操作联系，则提馏塔的塔顶一般没有液相回流。 12．在常压接连精馏塔中，别离甲醇—水混合液。质料液流量为 100 kmolh ，其组成为 03 （甲醇的摩尔分 数，下同），冷液进料（ =12），馏出液组成为 092 ，甲醇收回率为 90％，回流比为最小回流比的 比较直接水蒸气加热和直接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数。甲醇—水溶液的 数据见本题附表 习题 12 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的 摩尔分数 温度 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的 摩尔分数 100 00 00 753 040 0729 964 002 0134 731 050 0779 935 004 0234 712 060 0825 912 006 0304 693 070 0870 893 008 0365 676 080 0915 877 010 0418 660 090 0958 习题12 习题13 附图 习题 13 844015 0517 650 095 0979 817 020 0579 645 10 10 780 030 0665 1）釜液组成由全塔物料衡算求解。 直接水蒸气加热要害是核算 R。因为 线方程为在本题附图上过点 线;h 1743 kmolh 100 293585 显着，在塔顶甲醇收率相同条件下，直接水蒸气加热时，因为冷凝水的稀释效果，xW显着下降。 （2）所需理论板层数 接加热精馏段操 0323作出精馏 段操作线定出点 c，衔接 cd 即为提馏段操作线。 开端在平衡线与操作线之间作阶梯，NT 层理论板进料。直接蒸汽加热 图解理论板的办法进程同上，但需注意 xW=00172 轴上而不是对角线上，如本题附图所示。此情况下共需理论板 层理论板进料。核算结果表明， 在坚持馏出液中易蒸腾组分收率相同条件下， 直接蒸汽加热所需理论板层数添加。 且需注意， 直接蒸汽加热时再沸器不能起一层理论板的效果。 13．在具有侧线采出的接连精馏塔中别离两组分抱负溶液，如本题附图所示。质料液流量为 100 kmolh 组成为05 （摩尔分数，下同），饱满液体进料。塔 顶馏出液流量 qn,D 20kmolh ，组成 xD1为 098 ，釜残液组成为 005 精馏段抽出组成xD2 09的饱满液体。物系的均匀相对蒸腾度为 25 塔顶为全凝器，泡点回流，回流比为 30 ，试求（1）易蒸腾组分的总收率； （2）中心段的操作线 方程。 可得qn,D2 的核算如下 20100 05 kmolh06 31D2 20098 3106 09 100% 951% 100 05 （2）中心段的操作线方程 板与塔顶之间列易蒸腾组分的物料衡算，得n,Vs D1n,D2 D2 kmol80 将有关数值代入式（1）并收拾，得到 14．在常压接连精馏塔中别离两组分抱负溶液。该物系的均匀相对蒸腾度为 25 。质料液组成为 035 075x+020 1）操作回流比与最小回流比的比值；（ 2）若塔顶第一板下降的液相组成为 07 Rmin的比值 先由精馏段操作线方程求得 xD，再核算Rmin。 由题给条件，可知 15．在接连精馏塔中别离两组分抱负溶液，质料液流量为 100 kmolh ，组成为 05（易蒸腾组分的摩尔分数， 下同），饱满蒸气进料。馏出液组成为 095 ，釜残液组成为 005 。物系的均匀相对蒸腾度为 20 。塔顶全凝器， 泡点回流，塔釜直接蒸汽加热。塔釜的汽化量为最小汽化量的 16 1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下 数第二层理论板下降的液相组成。 解：先求出最小回流比，再由最小回流比与最小汽化量的联系求得 qn,Vmin。液相组成 x2 可用逐板核算得到。 （1）塔釜汽化量 关于饱满蒸汽进料 05，Rmin 可用下式核算，即 50kmolhkmolh 05 kmolh185 kmolh 50 50kmolh 代入上式，解得 层理论板下降液相组成x2 逐板核算求 x2 需导出精馏段操作线．某制药厂拟规划一板式精馏塔收回丙酮含量为075 （摩尔分数，下同）水溶液中的丙酮。质料液的处 30kmolh ，馏出液的组成为 096 ，丙酮收回率为 985%。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜直接蒸汽加热。 试依据如下条件核算塔的有用高度和塔径。 进料热情况 饱满液体 总板功率 61 全塔均匀压力110 kPa 理论板层数 170 全塔均匀温度 81 板距离040 解：由题给条件，可得88 2761 28（1）塔的有用高度 110273 3600 33 81273 223600 所以0894m 依据系列规范，选取塔径为900 mm。 17．在接连精馏中别离 A、B、C、D、E（按蒸腾度下降顺序排列）五组分混合液。在所挑选流程下， 要害组分，在釜液中组成为0006 （摩尔分数，下同）； D为重要害组分，在馏出液中的组成为 0005 。质料液 处理量为 100 kmolh ，其组成如本题附表 所示。17 xF0213 0244 0183 0142 0218 试按明晰分割法预算馏出液、釜残液的流量和组成。 解：由题意， A、B组分在釜残液中不呈现， E组分在馏出液中不呈现，且 xW,C=0006 ，xD,D=0005 将有关数据代入上式，解得核算结果列于本题附表 213244 183 142 218 100 Di 213244 1808 0320 0221388 218 359 03323 03807 02821 0005 000603866 06072 10 第十一章 固体物料的枯燥习题回答 已知湿空气的总压力为100 kPa，温度为 50 ，相对湿度为 40%，试求（ 1）湿空气中的水汽分压；（ 湿度；（3）湿空气的密度。 1）湿空气的水汽分压由附录查得 50 时水的饱满蒸气压 （2）湿度（3）密度 09737 湿空气kg 密度湿空气 湿空气 kg06 kg9737 2．常压接连枯燥器用热空气枯燥某湿物料，出枯燥器的废气的温度为40 ，相对湿度为 43%，试求废气 的露点。 解：由附录查得 40 时水的饱满蒸气压 ，故湿空气中水汽分压为查出 时的饱满温度为2502 ，此温度即为废气露点。 1013kPa 下，已知湿空气的某些参数。使用湿空气的 的求解进程示意图。习题 湿度kgkg 水汽分压kPa 露点 86（35） 7937 11 （160） 42 30 8642 （10） 193 （60）42 37 192 75 385 解：附表中括号的数为已知，其余值由 绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为 1：3。试求（1）混合气体的温度、 湿度、 焓和相对湿度；（ 2）若后边的枯燥器需求相对湿度 10%的空气做枯燥介质，应将此混合气加热至多少摄氏度？ 101188 2490 混合气体中的水汽分压解出 Pa 4178 时水的饱满蒸汽压为6075 Pa所以混合气体的相对湿度为 4178 100% 688% 6075 （2）将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为 10% 查水蒸气表知此压力下的饱满温度为7683 。故应将此混合气加热至 7683 5．干球温度为20 、湿度为 0009 kg 水／kg 绝干气的湿空气经过预热器加热到 80 燥器中，脱离枯燥器时空气的相对湿度为80%，若空气在枯燥器中阅历等焓枯燥进程，试求：（ 11-3查出 11-3查出 kg绝干空气在预热器中焓的改变为： 原湿空气的比体积： kgkg绝干气在 线% 线相交，交点为脱离枯燥器时空气的状况点，由该点读出空气脱离枯燥器时的湿度 题（1）的混合湿空气加热升温后用于枯燥某湿物料，将湿物料自湿基含水量02 降至 005 ，湿物料流 000kgh ，假定体系热丢失可疏忽，枯燥操作为等焓枯燥进程。试求（ 1）新鲜空气耗量；（ 2）进入干 燥器的湿空气的温度和焓；（ 3）预热器的加热量。 1）新鲜空气耗量蒸腾水量 绝干空气用量新鲜空气用量 （2）进入枯燥器的湿空气的温度和焓 因为枯燥进程为等焓进程，故进出枯燥器的空气的焓持平。 kgkg绝干气代入，解出： 所以，进入枯燥器的湿空气的温度为5754，焓为 1276 kJkg （3）预热器的加热量7．在常压下用热空气枯燥某湿物料，湿物料的处理量为 000kgh，温度为 20 ，含水量为 4％ ，要求枯燥后产品的含水量不超越05 ％，物料脱离枯燥器时温度升至 60 ，湿物料的均匀比热容为 328 kJ ／kg 。空气的初始温度为20 ，相对湿度为 50％，将空气预热至 100 进枯燥器，出枯燥器的温